直流力矩電動機(jī)的應(yīng)用
1、在單晶爐籽晶軸速度系統(tǒng)的應(yīng)用
電子工業(yè)的迅速發(fā)展，要求單晶質(zhì)量進(jìn)～步提高和滿足某些單晶不同生產(chǎn)工藝的要求，不僅直拉法生產(chǎn)單晶的工藝應(yīng)有所提高，對拉晶設(shè)備也相應(yīng)提出 一些更高的要求。例如：在調(diào)速方面．單晶爐籽晶的提拉和旋轉(zhuǎn)以及坩瞞的跟蹤和旋轉(zhuǎn)等幾種速度．希望能得到更寬的調(diào)速范廚、較好的速度平穩(wěn)
性、無爬行的低速運(yùn)轉(zhuǎn)以及盡量減少傳動造成的機(jī)械振動等，為此而采用了直接驅(qū)動的速度控制系統(tǒng)方案。
這種新型單晶爐傳動機(jī)構(gòu)見圖3-3-13。機(jī)組l直接驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)．裝于絲杠上的螺母則將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動并帶動坩堝軸沿著滑板上下移動。機(jī)組2固定于爐體，其輸出軸帶動抱輪旋轉(zhuǎn)，抱輪上有3個沿圓周等分的輥輪，輥輪的外圓具有與坩堝軸同一曲率半徑的圓弧面并可繞輥輪旋轉(zhuǎn)；
輥輪由壓緊彈簧壓在坩堝軸上實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動．即在坩堝上、下移動時，靴輪緊抱著坩堝的軸旋轉(zhuǎn)并同時繞輥輪軸旋轉(zhuǎn)這樣坩堝即同時實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動。單晶爐籽晶軸的運(yùn)動同樣如此，只是籽晶軸向相反方向旋轉(zhuǎn)以滿足工藝方面的要求。
作為硅單晶的控制工藝．一 般要求驅(qū)動系統(tǒng)的速度折算到電動機(jī)時為
籽晶軸提拉：0.5r／min(相當(dāng)1.5mm／min);
坩 堝軸跟蹤：0 033～0 025r／
mIn(相當(dāng)0 l～0 075mm／mln)；
籽晶軸旋轉(zhuǎn)：≈40r／min；
坩堝軸旋轉(zhuǎn)：≈10r／min；
這種采用直接驅(qū)動的傳動方
案，具有如下一些特點(diǎn)：
(1)速度穩(wěn)定度高，動態(tài)性好。在拉晶所需各個速度范圍內(nèi)，速度誤差均可小于1％。
(2)調(diào)速范圍寬。與普通用減速齒輪的調(diào)速系統(tǒng)相比，其調(diào)速范圍要大1個數(shù)量級以上，尤其是在
低速時無爬行現(xiàn)象。
(3)傳動振動小，機(jī)械噪音微弱，有利于高質(zhì)量的單晶形成。
(4)傳動機(jī)構(gòu)簡單，有利于簡化爐子結(jié)構(gòu)。為爐體結(jié)構(gòu)精度的長期穩(wěn)定性提供了有利因素。
單晶爐工作時的真空度為10一5mmHg，平均負(fù)載轉(zhuǎn)矩為O．98N·m，負(fù)載固有的轉(zhuǎn)矩波動
35％，****運(yùn)行速度為90r／ 圖3—2—13直接驅(qū)動的單晶爐傳動機(jī)構(gòu)min，****速度為h／h，要求運(yùn)行平穩(wěn)、無爬行、無抖動。
根據(jù)爐子的工作情況和要求而組成的直接驅(qū)動速度系統(tǒng)，其速度范圍已達(dá)104次方倍數(shù)量級。速度的穩(wěn)定度在電機(jī)速度為Ir／h下，已經(jīng)達(dá)到1％。
直接驅(qū)動速度系統(tǒng)原理框圖見圖3 3—14。給定速度信號E0是一個-6V電壓，經(jīng)過多圈電位器分壓，提供給前置放大器，再經(jīng)過電壓放大器推動功率放大器，經(jīng)功率放大后輸出控制力矩電機(jī)帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)，由測速發(fā)電機(jī)檢測出速度信號反饋到前置放大器輸入端，與給定速度進(jìn)行比較，二者之差的信號即誤差電壓Eε，再經(jīng)放大而使電機(jī)達(dá)到預(yù)定速度穩(wěn)定運(yùn)行。
在運(yùn)行過程中，當(dāng)外界有擾動時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩會突然增加．造成陔瞬時的速度下降，則測速發(fā)電機(jī)反饋的電壓下降，但由于給定信號En未變，因而誤差電壓Eε增加，經(jīng)過放大而使電動機(jī)增加速度到預(yù)定值。如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然減小，則上述過程相反。
單晶爐中籽晶桿的提拉、旋轉(zhuǎn)等速度系統(tǒng)對速度精度要求并不高，但低速無爬行、傳動振動小則是拉晶所需解決的關(guān)鍵問題之一。因此采用直流力矩電動機(jī)及高靈敏度測速發(fā)電機(jī)組成的直接驅(qū)動系統(tǒng)比高速電機(jī)經(jīng)過齒輪減速的驅(qū)動系統(tǒng)更能圓滿地解決問題。而在速度精度、線性度、頻帶寬度等
靜、動態(tài)指標(biāo)上也有一定的提高。
2、在精密低速裝置中的應(yīng)用
精密低速伺服系統(tǒng)是一個精確的速度控制系統(tǒng)，最初用在陀螺系統(tǒng)及其測試中。在測試過程中，需要嚴(yán)格控制各種速率。
陀螺是慣性導(dǎo)航中的核心元件，轉(zhuǎn)臺則是測試陀螺的一個主要設(shè)備。它的任務(wù)是為了研究慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及其元件的性能并測試陀螺定型產(chǎn)品的各種誤差值，以便采取措施來補(bǔ)償有規(guī)律的誤差，提高系統(tǒng)的精度。
性能測試的一個重要的指揮使漂移率它是陀螺在閉環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)用時性能優(yōu)劣的一個綜合指標(biāo)。漂移率的大小直接影響導(dǎo)彈的命中率和潛艇長期潛航的航向準(zhǔn)確度等．一般來講．轉(zhuǎn)臺的精度直接反映了陀螺所能達(dá)到的精度，并間接反映了一個國家導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的水平。國外轉(zhuǎn)臺精度不斷提高，直流
力矩電動機(jī)和高靈敏測速發(fā)電機(jī)研制成果的推廣應(yīng)用可以說起了關(guān)鍵作用。
20世紀(jì)50年代初期，轉(zhuǎn)臺普遍采用高速電動機(jī)經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動．同時采用滾動軸承。當(dāng)時陀螺的漂移一般只能測到0.1度／h，在改用液浮軸承后可測到0.01度／h。
20世紀(jì)60年代初，轉(zhuǎn)臺采用了直流力矩電動機(jī)和高靈敏度直流測速發(fā)電機(jī)，并開始采用空氣軸承，這時可以測到0 001度／h。圖3—2—15所示即為公司共同設(shè)計的712型精密速率轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)框圖。
按系統(tǒng)要求：
(1)速度范圍：0．01～6∞度／s；0.025～1500度／S(可逆的).
(2)精確度：溫度變化在±5℃的范圍內(nèi)，運(yùn)轉(zhuǎn)1個月靜態(tài)精確要為百分之一。
(3)“顫動”+“脈動干擾”：在整個速度范圍內(nèi)小于百分之一平均峰值
(4)控制：
①系統(tǒng)NNNN+N序控制的能力；
②系統(tǒng)必須能夠接收各種速度指令。
(5)力矩容量：6．8--47 6N·m。
上述規(guī)范是712系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)。應(yīng)該指出：該系統(tǒng)速度范圍能芒0.01度／S~600度／s溫度變化在±5℃及在1個月時間內(nèi)能夠保證百分之一的靜態(tài)精度。試驗速率陀螺的基本要求是保持短期不變化的速度基準(zhǔn)這些變化叫作“顫動”或“脈動干擾”，一般說來，這些效果在較低速度時是比較顯著的。
技術(shù)條件要求在0 01。／s時，伺服系統(tǒng)的精確度為百分之一。這是一種吒低的速度，因此需要非常靈敏的測速機(jī)。也考慮過其他系統(tǒng)，但直接驅(qū)動直流伺服系統(tǒng)是最有前途的。這是因為高靈敏度直流測速發(fā)電機(jī)的靈敏度比z流測速發(fā)電機(jī)高10～100倍，精確的直流控制信號比交流系統(tǒng)中的控制信號更容易獲得，便于系統(tǒng)控制和校準(zhǔn)。而且直流系統(tǒng)放大器效率高，也不需要解調(diào)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單并能可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。一般速率轉(zhuǎn)臺的精度決定于電源頻率，但直流系統(tǒng)與供電頻率無關(guān)。所有固態(tài)放大器和直接驅(qū)動系統(tǒng)也給檢修、維護(hù)提供了方便條件
如前所述，主要是控制元件上的f擾轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響，它是由直流力矩電動機(jī)的脈動轉(zhuǎn)矩、軸承的摩擦和轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)矩擾動等原因所造成的，伺服系統(tǒng)設(shè)計的目的就是要把這些轉(zhuǎn)矩的影響盡力削弱到極小。
上面簡述了兩種直流力矩電動機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。隨著直流力矩電動機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其產(chǎn)品技術(shù)性能不斷提高，其品種規(guī)格也不斷增加。美國公司所生產(chǎn)的力矩電機(jī)列入了許多國防計劃。在各種條件和環(huán)境下，從幾千英尺的水底到外層空間的無人管理運(yùn)行，力矩電機(jī)都有相
當(dāng)廣泛的應(yīng)用范圍。有文章介紹美國過去在宇航和武器系統(tǒng)方面的一些主要項目都是建立在力矩電機(jī)高可靠陛基礎(chǔ)上搞出來的。如麻省理工院的第1個慣性導(dǎo)航平臺就是采用直流力矩電動機(jī)，美國的阿波羅計劃，軌道太陽觀測站，雙子星座飛船，水星號、土星號、大力神，以及潛艇所裝備的北極星、民兵等導(dǎo)彈都是采用力矩電機(jī)作為系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。
我國于20世紀(jì)60年代中期開始進(jìn)行直流力矩電機(jī)的開發(fā)和研制工作，并研制出樣品。隨著國防工業(yè)和民用工業(yè)自動化的需要，這種微電機(jī)在我國已進(jìn)行多品種、多規(guī)格的系列生產(chǎn)，其在農(nóng)機(jī)、冶金、儀表、輕紡、印染、造紙、電影、電視、通訊、廣播、機(jī)床、醫(yī)療器械、機(jī)器人等民用工業(yè)及國
防武器系統(tǒng)中都得到了不同程度的應(yīng)用。
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